دیتاشیت LED مادون قرمز سایدلوکر IR928-6C-F - فاصله پایه‌ها 2.54 میلی‌متر - طول موج 940 نانومتر - جریان 50 میلی‌آمپر - توان 75 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

IR928-6C-F یک دیود نورافشان مادون قرمز (LED) با شدت بالا و تابش جانبی است. این قطعه برای کاربردهایی طراحی شده که به یک منبع تابش فشرده و رو به پهلو نیاز دارند. دستگاه در یک بسته پلاستیکی شفاف قالب‌گیری شده است که اجازه می‌دهد تابش مادون قرمز از تراشه GaAs از کنار قطعه ساطع شود. این سبک بسته‌بندی به ویژه در طراحی‌های با محدودیت فضا که LEDهای تابش از بالا مناسب نیستند، مفید است.

مزایای کلیدی این دستگاه شامل شدت تابشی بالا، ولتاژ مستقیم پایین و قابلیت اطمینان بالا است. این محصول به صورت بدون سرب (Pb-free) تولید شده و با مقررات RoHS، EU REACH و محدودیت‌های مواد بدون هالوژن (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm) مطابقت دارد. فاصله استاندارد 2.54 میلی‌متری پایه‌ها، آن را با چیدمان‌های متداول PCB از نوع سوراخ‌دار سازگار می‌کند.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

دستگاه نباید فراتر از این محدودیت‌ها کار کند تا از آسیب دائمی جلوگیری شود. جریان مستقیم پیوسته (IF) در 50 میلی‌آمپر درجه‌بندی شده است. حداکثر ولتاژ معکوس (VR) قابل اعمال 5 ولت است. دستگاه می‌تواند در محدوده دمای محیط (Topr) 25- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس کار کند و می‌تواند از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس ذخیره شود (Tstg). حداکثر دمای لحیم‌کاری (Tsol) 260 درجه سلسیوس برای کمتر از 5 ثانیه است. حداکثر اتلاف توان (Pd) در دمای هوای آزاد 25 درجه سلسیوس یا کمتر، 75 میلی‌وات است.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها در شرایط آزمایش استاندارد Ta=25°C مشخص شده‌اند. طول موج تابش اوج (λp) به طور معمول 940 نانومتر است، با پهنای باند طیفی (Δλ) 50 نانومتر که آن را برای کاربردها در طیف مادون قرمز نزدیک مناسب می‌سازد. ولتاژ مستقیم (VF) به طور معمول در جریان مستقیم 20mA، 1.25V است، با حداکثر 1.60V که نشان‌دهنده بازده الکتریکی خوب است. جریان معکوس (IR) در حداکثر بایاس معکوس 5V، حداکثر 10 µA است. زاویه دید (2θ1/2) 20 درجه است که یک پرتو نسبتاً باریک از نور مادون قرمز ساطع شده از کنار بسته را تعریف می‌کند.

یک پارامتر حیاتی، جریان نوری (IC(ON)) است که جریان فوتونی تولید شده در یک فوتوترانزیستور آزمایش تحت شرایط مشخص (IF=4mA, VCE=3.5V) می‌باشد. از این پارامتر برای دسته‌بندی LEDها در رده‌های شدت مختلف استفاده می‌شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

IR928-6C-F بر اساس شدت تابشی آن که به صورت IC(ON) اندازه‌گیری می‌شود، در رده‌های مختلف دسته‌بندی می‌شود. این امر ثبات در عملکرد برای کاربردهای نهایی را تضمین می‌کند. جدول دسته‌بندی مقادیر حداقل و حداکثر را برای هر کد رده ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، رده 5-2 دارای محدوده IC(ON) از 1053 تا 1870 µA است، در حالی که رده 7-2 دارای محدوده 306 تا 441 µA است. توجه به این نکته مهم است که این جدول دسته‌بندی فقط برای مرجع است و ارسال دسته‌های خاص تضمین نمی‌شود مگر اینکه در زمان سفارش مشخص شده باشد. طراحان باید تغییرات احتمالی در خروجی درون رده انتخاب شده را در نظر بگیرند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین منحنی مشخصه معمولی است که برای طراحی مدار و مدیریت حرارتی ضروری هستند.

4.1 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

این منحنی کاهش رتبه نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سلسیوس کاهش می‌یابد. این امر برای اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت و جلوگیری از فرار حرارتی بسیار مهم است.

4.2 توزیع طیفی

این نمودار شدت تابشی نسبی را به عنوان تابعی از طول موج، حول اوج 940 نانومتر نشان می‌دهد. پهنای باند 50 نانومتر قابل مشاهده است که گستردگی طول‌موج‌های ساطع شده را نشان می‌دهد.

4.3 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم

منحنی IV رابطه بین جریان عبوری از LED و ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی و مشخصه یک دیود است. این منحنی برای طراحی مدار محدودکننده جریان ضروری است.

4.4 شدت تابشی نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

این نمودار قطبی به صورت بصری زاویه دید 20 درجه‌ای را نشان می‌دهد و چگونگی کاهش شدت نور مادون قرمز ساطع شده با دور شدن از محور مرکزی عمود بر کنار بسته را نمایش می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

بسته‌بندی از نوع دید جانبی و طراحی سوراخ‌دار است. آند و کاتد به وضوح در نقشه بسته مشخص شده‌اند. یک نقشه ابعادی دقیق ارائه شده است که تمام واحدها بر حسب میلی‌متر و تلرانس استاندارد ±0.3mm است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. پایه‌ها دارای فاصله استاندارد 2.54mm (0.1 اینچ) هستند. نقشه فاصله‌های حیاتی مانند حداقل فاصله توصیه شده (3mm) از حباب اپوکسی تا هر نقطه خم یا لحیم‌کاری پایه را مشخص می‌کند تا از تنش مکانیکی و حرارتی روی بسته جلوگیری شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 فرم‌دهی پایه‌ها

پایه‌ها باید قبل از لحیم‌کاری فرم داده شوند. خم شدن باید حداقل 3mm از پایین حباب رزین اپوکسی انجام شود. قاب پایه در حین خم شدن باید به طور محکم نگه داشته شود تا از اعمال تنش به اپوکسی که می‌تواند LED را ترک دهد یا اتصالات سیمی داخلی را آسیب بزند، جلوگیری شود. برش پایه‌ها باید در دمای اتاق انجام شود.

6.2 فرآیند لحیم‌کاری

پارامترهای لحیم‌کاری دستی و غوطه‌وری/موجی مشخص شده است. برای لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه حداکثر 300 درجه سلسیوس (حداکثر 30W) با زمان لحیم‌کاری حداکثر 3 ثانیه توصیه می‌شود. برای لحیم‌کاری موجی، پیش‌گرمایش حداکثر 100 درجه سلسیوس برای حداکثر 60 ثانیه و سپس حمام لحیم در حداکثر 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 5 ثانیه مشخص شده است. در همه موارد، اتصال لحیم باید حداقل 3mm از حباب اپوکسی فاصله داشته باشد. یک نمودار پروفایل لحیم‌کاری ارائه شده است که رابطه دمای توصیه شده در مقابل زمان را برای لحیم‌کاری موجی نشان می‌دهد. لحیم‌کاری نباید بیش از یک بار انجام شود. پس از لحیم‌کاری، LED باید تا زمانی که به دمای اتاق خنک شود، در برابر ضربه مکانیکی محافظت شود.

6.3 شرایط نگهداری

پس از حمل، LEDها باید در دمای 10-30 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی (RH) ≤70% برای حداکثر 3 ماه نگهداری شوند. برای نگهداری طولانی‌تر (تا یک سال)، باید در یک ظرف دربسته با اتمسفر نیتروژن در دمای 10-25 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 20-60% نگهداری شوند. پس از باز شدن بسته اصلی، قطعات باید در عرض 24 ساعت یا در اسرع وقت استفاده شوند و در دمای 10-25 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 20-60% نگهداری شوند. از تغییرات سریع دما در رطوبت بالا برای جلوگیری از تعریق باید اجتناب کرد.

6.4 تمیزکاری و ESD

تمیزکاری اولتراسونیک توصیه نمی‌شود زیرا می‌تواند به بسته آسیب برساند. دستگاه به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس است. رعایت اقدامات احتیاطی مناسب ESD، مانند استفاده از ایستگاه‌های کاری و مچ‌بندهای زمین‌شده، در حین جابجایی به شدت توصیه می‌شود.

6.5 مدیریت حرارت

طراحی حرارتی مناسب ضروری است. جریان کارکرد باید با توجه به منحنی کاهش رتبه، هنگامی که دمای محیط از 25 درجه سلسیوس تجاوز می‌کند، کاهش یابد. دمای اطراف LED در کاربرد نهایی باید کنترل شود تا عملکرد و قابلیت اطمینان حفظ گردد.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

تعداد استاندارد بسته‌بندی 1000 عدد در هر کیسه، 8 کیسه در هر جعبه و 10 جعبه در هر کارتن است که در مجموع 80,000 عدد در هر کارتن می‌شود. مشخصات برچسب ارائه شده است که اطلاعات چاپ شده روی بسته‌بندی از جمله فیلدهای شماره قطعه مشتری (CPN)، شماره قطعه (P/N)، تعداد (QTY)، رده (CAT)، مرجع (REF) و شماره لات (LOT No.) را به تفصیل شرح می‌دهد.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

IR928-6C-F برای کاربردهایی که به یک منبع مادون قرمز فشرده و تابش جانبی نیاز دارند، ایده‌آل است. کاربردهای متداول شامل ماوس‌های نوری کامپیوتر است که در آن تابش جانبی از روی یک سطح به یک سنسور بازتاب می‌یابد. همچنین در سوئیچ‌های اپتوالکترونیک، سیستم‌های تشخیص شیء، سنسورهای مجاورتی و انواع سیستم‌های کنترل از راه دور مادون قرمز یا انتقال داده که طول موج و فرم فکتور خاص آن مزیت دارد، استفاده می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی

هنگام طراحی با این LED، موارد زیر را در نظر بگیرید: اطمینان حاصل کنید که تراز سوراخ‌های PCB با پایه‌های LED کاملاً مطابقت دارد تا از تنش مکانیکی جلوگیری شود. مقاومت‌های محدودکننده جریان مناسب را بر اساس ولتاژ مستقیم و جریان کارکرد مورد نظر (در محدوده حداکثر 50mA) پیاده‌سازی کنید. از منحنی کاهش رتبه برای انتخاب جریان کارکرد ایمن برای حداکثر دمای محیط مورد انتظار استفاده کنید. LED را طوری قرار دهید که سطح تابش جانبی آن به درستی به سمت هدف یا سنسور جهت‌گیری شده باشد. تغییرات شدت تعریف شده توسط سیستم دسته‌بندی را در حساسیت مدار گیرنده (مانند فوتوترانزیستور یا فوتودیود) در نظر بگیرید.

9. مقایسه و تمایز فنی

تمایز اصلی IR928-6C-F در هندسه بسته‌بندی دید جانبی آن است که در میان LEDهای مادون قرمز استاندارد رایج نیست. در مقایسه با LEDهای تابش از بالا، این امکان را فراهم می‌کند که هنگام نیاز به هدایت تابش به صورت افقی، نصب با پروفایل کم‌تری انجام شود. طول موج 940 نانومتر آن یک استاندارد متداول است که سازگاری خوبی با آشکارسازهای نوری مبتنی بر سیلیکون که در این محدوده حساسیت بالایی دارند، ارائه می‌دهد. ترکیب شدت تابشی نسبتاً بالا (همانطور که توسط دسته‌های آن تعریف شده است) و زاویه دید باریک 20 درجه، در مقایسه با LEDهای دارای زاویه دید وسیع‌تر، پرتو متمرکزتری ارائه می‌دهد که به طور بالقوه قدرت سیگنال را در سیستم‌های هم‌تراز افزایش می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: هدف پارامتر IC(ON) و سیستم دسته‌بندی چیست؟

ج: IC(ON) معیاری از خروجی تابشی LED تحت شرایط آزمایش استاندارد شده است. سیستم دسته‌بندی LEDها را با سطوح خروجی مشابه گروه‌بندی می‌کند. این به طراحان اجازه می‌دهد سطح ثبات مورد نیاز برای کاربرد خود را انتخاب کنند؛ برای کاربردهای حیاتی، ممکن است یک دسته بسته‌تر (مثلاً 6-1) مشخص شود تا عملکرد یکنواخت در تمام واحدهای یک خط تولید تضمین گردد.

س: چرا فاصله 3mm برای خم کردن و لحیم‌کاری پایه‌ها اینقدر مهم است؟

ج: حباب اپوکسی و اتصالات داخلی (اتصالات سیمی) از تراشه به پایه‌ها به حرارت و تنش مکانیکی حساس هستند. اعمال حرارت یا نیرو در فاصله خیلی نزدیک به حباب می‌تواند اپوکسی را ذوب کند، ترک دهد یا اتصالات سیمی ظریف را بشکند که منجر به خرابی فوری یا نهفته LED می‌شود.

س: آیا می‌توانم این LED را با یک منبع ولتاژ ثابت راه‌اندازی کنم؟

ج: توصیه نمی‌شود. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. ولتاژ مستقیم آن‌ها دارای تلرانس است و با دما تغییر می‌کند. راه‌اندازی با ولتاژ ثابت می‌تواند منجر به تغییرات بزرگ و کنترل نشده در جریان شود که ممکن است از رتبه حداکثر فراتر رفته و LED را از بین ببرد. همیشه از یک درایور جریان ثابت یا یک مقاومت سری ساده همراه با منبع ولتاژ برای تنظیم جریان استفاده کنید.

س: "بدون سرب" و "بدون هالوژن" برای کاربرد من چه معنایی دارد؟

ج: این‌ها بیانیه‌های مطابقت محیطی و مقرراتی هستند. بدون سرب به این معنی است که دستگاه حاوی سرب نیست و با مقرراتی مانند RoHS مطابقت دارد. بدون هالوژن به این معنی است که حاوی مقادیر بسیار کمی از برم (Br) و کلر (Cl) است که این مواد در برخی مقررات محیط زیستی و برای برخی کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا یا دمای بالا که محصولات جانبی هالوژن می‌توانند مشکل‌ساز باشند، مورد توجه هستند.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: سنسور تشخیص شیء

در یک سنسور ساده قطع پرتو، یک IR928-6C-F می‌تواند با یک فوتوترانزیستور که در مقابل آن قرار گرفته است، جفت شود. LED با یک جریان ثابت، مثلاً 20mA راه‌اندازی می‌شود. هنگامی که یک شیء بین LED و فوتوترانزیستور عبور می‌کند، پرتو مادون قرمز 940 نانومتری را قطع می‌کند. خروجی فوتوترانزیستور تغییر می‌کند که می‌تواند توسط یک مقایسه‌گر یا میکروکنترلر برای فعال کردن یک عمل تشخیص داده شود. بسته‌بندی تابش جانبی اجازه می‌دهد هم LED و هم سنسور به صورت تخت روی یک PCB نصب شوند، در حالی که سطوح فعال آن‌ها در دو طرف یک شکاف رو به روی یکدیگر قرار دارند و یک مجموعه سنسور بسیار فشرده ایجاد می‌کنند. زاویه دید 20 درجه‌ای به تمرکز نور به سمت گیرنده کمک کرده و نسبت سیگنال به نویز را بهبود می‌بخشد. طراح باید یک دسته IC(ON) مناسب را انتخاب کند تا اطمینان حاصل شود که قدرت سیگنال کافی در فاصله تشخیص مورد نظر به فوتوترانزیستور می‌رسد.

12. اصل عملکرد

یک LED مادون قرمز یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از آستانه آن اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال ماده نیمه‌هادی (در این مورد گالیم آرسناید، GaAs) بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص 940 نانومتر توسط انرژی گاف باند ماده GaAs تعیین می‌شود. بسته اپوکسی شفاف به عنوان یک لنز عمل می‌کند و نور ساطع شده را به زاویه دید مشخص شده 20 درجه‌ای از کنار قطعه شکل می‌دهد. طراحی "سایدلوکر" با نصب عمودی تراشه نیمه‌هادی در داخل بسته به گونه‌ای که سطح نورافشان آن به دیواره کناری روبرو باشد، محقق می‌شود.

13. روندها و تحولات صنعت

روند در LEDهای مادون قرمز، از جمله انواع تابش جانبی، به سمت بازدهی بالاتر (خروجی تابشی بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی) است که مصرف برق و تولید گرما را کاهش می‌دهد. همچنین تلاش برای افزایش قابلیت اطمینان و طول عمر، به ویژه برای کاربردهای خودرویی و صنعتی وجود دارد. کوچک‌سازی ادامه دارد، اگرچه بسته‌های سوراخ‌دار مانند IR928-6C-F برای نمونه‌سازی، استفاده علاقه‌مندان و کاربردهایی که مونتاژ دستی یا استحکام مکانیکی بالاتر مورد نیاز است، محبوب باقی مانده‌اند. نسخه‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) LEDهای مادون قرمز تابش جانبی برای تولید انبوه خودکار رایج‌تر می‌شوند. طول موج 940 نانومتر به دلیل تطابق خوب با آشکارسازهای سیلیکونی و نامرئی بودن نسبی آن در مقایسه با نور مرئی یا مادون قرمز 850 نانومتری که می‌تواند درخشش قرمز کمرنگی داشته باشد، یک استاندارد صنعتی باقی مانده است.